儲罐呼吸損耗計算分析

朱曉誼(中國海誠工程科技股份有限公司，上海 200031)

1 儲罐類型及呼吸損耗

儲罐的無組織排放污染物主要指揮發(fā)性有機液體拱頂罐(立式罐和臥式罐)、內浮頂罐和外浮頂罐的靜置損耗和工作損耗。靜置損耗(小呼吸)排放是指儲罐內有機物料靜止儲存期間，由于溫度的變化而引起有機物料排放的過程；工作損耗(大呼吸)排放是指儲罐進行收發(fā)有機物料作業(yè)時，由于罐壁粘附油品暴露在空氣中而排放有機物料的過程。

2 儲罐損耗計算方法

目前有機液體儲存與調和揮發(fā)損失的計算方法主要有實測法、公式法和系數法等，實測法最接近真實排放情況，經過呼吸閥排出的儲罐測定或測定較為簡便[1-2]，在公式法使用條件無法滿足時，采用系數法計算，本文僅對內浮頂罐和拱頂罐的損耗排放理論公式法進行探討。

目前，常用方法應用廣泛的是美國AP-42第一卷第七章中推薦的核算方法[3]，是由美國國家環(huán)保局(EPA)經試驗統(tǒng)計分析后形成的經驗公式，廣泛應用于石化行業(yè)；我國的SH/T 3002—2019《石油庫節(jié)能設計導則》推薦的儲罐呼吸計算方法是在API經驗公式的基礎上修正完成。

2.1 美國國家環(huán)保局(EPA)計算公式

2.1.1 EPA拱頂罐呼吸損耗公式

拱頂罐的損耗公式：

式中：LS靜置損失(0.4 kg/a)；VV蒸氣空間體積(28 316.8 cm3)；WV蒸氣密度(0.4 kg/28 316.8 cm3)；KE蒸氣空間膨脹因子，無量綱；KS外排蒸氣飽和因子，無量綱。LW工作損失(0.4 kg/a)；Q物料周轉量(桶/a)；KN工作損失周轉(飽和)因子，無量綱；KP工作損失無量綱，原油KP=0.75，其他KP=1；KB呼吸閥設定校正因子，呼吸閥開啟壓力設置在±206.84 Pa(g)范圍內時，KB=1。當N≤36時，KN=1；當N＞36時，。其中：

式中：MV氣相摩爾質量(0.4 kg/kg-mol)；N年油品周轉次數(次/a)；PVA真實蒸汽壓(6 894.7 Pa(a))；PA大氣壓力(6 894.7 Pa(a))；R理想氣體常數，取10.731；TLA有機液體日平均表面溫度(K)；ΔTV蒸氣溫度范圍(°R)；ΔPV蒸氣壓范圍(6 894.7 Pa(a))；ΔPB呼吸閥壓力設定范圍(6 894.7 Pa(a))。

2.1.2 EPA浮頂罐呼吸損耗公式

浮頂罐的總損失是掛壁損失(工作損失)、邊緣密封、浮盤附件和浮盤縫隙損失的總和，損耗公式：

式中:LT浮頂罐總損失(0.4 kg/a)；LW掛壁損失(0.4 kg/a)；LR邊緣密封損失(0.4 kg/a)；LF浮盤附件損失(0.4 kg/a)；LD浮盤縫隙損失(僅限螺栓連接式的內浮盤或浮頂)(0.4 kg/a)；Q物料周轉量(桶/a)；CS為罐體油垢因子(0.4 kg/929 030.4 cm2)；WL為有機液體密度(0.4 kg/3 785.4 cm3)；D罐體直徑(30.48 cm)；KRa零風速邊緣密封損失因子(0.4 kg-mol/30.48 cm·a)；KRb有風時邊緣密封損失因子(0.4 kg-mol/(m/h)n30.48 cm·a)；v罐區(qū)平均環(huán)境風速(m/h)；n密封相關風速指數，無量綱；P*蒸氣壓函數，無量綱；Mv氣相分子質量(kg/kg-mole)；Kc為產品因子，原油為0.4，其他有機液體為1；Nc為固定頂支持柱數量；FF總浮盤附件損失因子(0.4 kg-mol/a)；KD盤縫損耗單位縫長因子，焊接盤為0，螺栓固定盤為0.14(0.4 kg-mol/30.48 cm·a)；SD盤縫長度因子(cm/30.48 cm2)。

2.2 《石油庫節(jié)能設計導則》計算公式

2.2.1 《導則》拱頂罐呼吸損耗

拱頂罐的靜置損耗公式：

拱頂罐的工作損耗公式：

2.2.2 《導則》浮頂和內浮頂罐呼吸損耗公式

浮頂和內浮頂罐的靜置損耗公式：

Fr、Ff、Fd分別代表密封總損耗、浮盤附件損耗、浮盤頂板接縫總損耗。

浮頂和內浮頂罐的工作損耗公式：

式中：Nfc非自支撐固定頂的支柱數量，自支撐訂內浮頂罐或浮頂罐Nfc=0；Fc非自支撐固定頂支柱的有效直徑(m)；其余同API，單位進行換算。

2.3 《導則》與EPA差異

《石油庫節(jié)能設計導則》2019版與2000版相比進行了修訂，修訂之后的公式更接近與EPA，油品系數在原油和汽油兩種基礎之上，補充了單組分介質系數，另外將呼吸損耗類型進行區(qū)分，結果更細化、清晰。《導則》提供了氣相空間膨脹系數的簡化計算，當蒸氣壓PVA≤0.69 kPa(絕)或呼吸閥定壓PB≤±0.21 kPa時，Ke按簡化公式計算；

若無計算參數取Ke=0.04。

《導則》及EPA對蒸汽壓函數的計算相同，但對其中真實蒸氣壓PVA計算不同，《導則》中提供了常用的介質蒸氣壓方程常數，未提及的純物質蒸氣壓需要從相應蒸氣壓圖查得；而EPA對特定的石油液體儲料的蒸氣壓進行計算，對于純物質的蒸氣壓采用安托因方程計算，更加全面。

式中：A、B、C為安托因常數。

另有文獻指出了《導則》關于內浮頂罐壁系數的差異之處[4]，經勘誤修正參數后，可得出較為合理的結果

3 案例研究

3.1 儲罐概況

以某精細化工項目異丙醇儲罐為研究對象,對其進行拱頂罐及浮頂罐呼吸損耗核算，儲罐設置情況為：60 m3異丙醇，直徑4 m，密度為785 kg/m3，年周轉量3 323 m3，常溫儲存。

3.2 計算結果對比

根據（EPA及《導則》分別進行計算，結果如表1所示。兩種方法計算結果相差不大，造成的差異主要是由系數誤差造成。拱頂罐的工作損耗是其主要的無組織排放量；內浮頂罐的總損耗量小于拱頂罐的總損耗量，其工作損耗遠小于拱頂罐的工作損耗。

表1 儲罐呼吸量損耗

根據研究及主要公式參數，儲罐的特性對損耗影響較大，對于內浮頂罐，影響內其呼吸損耗的主要因素包括周轉量、浮盤的構造、腐蝕的程度及邊緣密封形式等[5]，另外儲罐直徑、罐體顏色、液體存儲高度、油品溫度和種類等對損耗量也有一定的影響，其大呼吸損耗的關鍵參數是罐壁油垢因子，因此在儲罐的使用中，可以盡量降低儲存溫度、在內壁使用防腐涂層材料，減少腐蝕，從而降低損耗。

從環(huán)境保護角度來說，浮頂罐會有效減少儲罐的無組織VOCs排放，減少揮發(fā)性油氣對大氣造成的污染。對小容量儲罐，可進行技術經濟比較后確定是否選用浮頂罐及設置油氣回收裝置,對其選用有一定的指導作用。

項目異丙醇采用內浮頂罐存儲方式，降低有機物料揮發(fā)排放量，滿足有機溶劑最佳儲存工藝，浮頂罐的少量廢氣屬無組織排放。

4 結語

（1）根據計算結果顯示：拱頂罐的主要損耗量為工作損失，內浮頂罐的總損耗量小于拱頂罐。

（2）針對不同的揮發(fā)性有機物，應選擇合適的儲罐形式，拱頂罐廢氣應安裝密閉排氣系統(tǒng)至有機廢氣回收或處理裝置，或選擇內浮頂罐，進行技術經濟比較后確定是否設置油氣回收裝置, 對小容量儲罐的選用有一定的指導作用。

（3）選擇不同儲罐類型降低損耗的基礎上，可采取呼吸口氣體冷凝回收等處理措施，減少無組織排放量。